CN102568966B - 电涌后备保护断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提示了一种具有高的耐受电涌能力的断路器，包括上下接线装置(1、6)、触头连动装置(2)、操作机构(3)、瞬时动作电流脱扣装置(4)、灭弧室(7)和平板式火花间隙(5)。与一般断路器相比，采用本发明提供的断路器，在同等额定电流下具有更高的电涌耐受能力，特别是作为电涌保护器的后备保护装置使用时，具有动作(脱扣)电流小、残压低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种断路器，更具体地说，涉及一种具有高的电涌承受能力的断路器，特别适用于电涌保护器的后备过电流保护装置。
背景技术
电涌保护器与断路器或熔断路等过电流保护装置一同使用已为人们所知。当电涌保护器出现短路故障时，过电流保护装置将其从系统中断开，以防止系统持续故障的存在。
在一定范围内，现有断路器的电涌耐受能力与动作(脱扣)电流呈正向性关系，简单来讲，断路器的动作(脱扣)电流越小，电涌耐受能力也越小，而电涌耐受能力高的断路器，其动作(脱扣)电流也较大。
用于电涌保护器的后备保护装置要满足三个基本要求，首先，这种保护装置仅仅是用来保护电涌保护器的，是一种终端设备保护装置，其动作应优先于前级线路保护装置，否则，将影响线路其它设备的供电；其次，这种保护装置的电涌承受能力不应低于被保护的电涌保护器的最大放电电流，否则，在电涌保护器正常泄放电涌电流范围内可能引起其损坏；最后，这种保护装置与被保护的电涌保护器的残压(保护电压)不应超过被保护线路或设备的绝缘耐受水平，否则，电涌保护器失去保护效果。由于现有用于电涌保护器的后备保护技术是基于工频电流的保护特性，没有考虑电涌特性，所以很难同时满足上述基本要求，例如，动作电流低的保护装置可能满足优先动作的要求，但其电涌承受能力往往非常低，而且残压也非常高；动作电流高的保护装置，电涌承受能力和残压能满足要求，但其优先动作的要求不一定能满足。
专利CN2333356公开了一种小型断路器，包括操作机构、接线装置、瞬时动作电流脱扣装置和触头连动作装置。这种小型断路器主要用于线路过电流保护，难以同时满足高的电涌耐受能力与低的动作(脱扣)电流要求，不能很好地适用于电涌保护器的后备过电流保护。
专利EP1447831、CN101442201提示了一种小型断路器与电涌保护器一体化技术方案，小型断路器用于电涌保护器的后备短路保护。小型断路器为现有的线路保护断路器，高的电涌耐受能力与低的动作(脱扣)电流要求不能同时得到满足，这种一体式产品在实际应用中受到限制，尤其是在小功率电源系统或高电阻接地电源系统中无法使用。
此外，作为一般线路保护的现有断路器，特别是用于终端设备过电流保护用的微型断路器，在雷电过电压的入侵下很容易跳闸，给用电系统和设备的保护连续性造成影响，这也是该类断路器用作电涌保护保护器的后备保护装置受到制约的原因所在。
总之，采用现有的基于线路过电流保护技术的保护装置，由于电涌耐受能力差，用于电涌保护器的后备短路保护将会降低电涌保护器在使用中的安全性和保护性，甚至危及供电系统的连续性。
发明内容
因此由前述内容出发，本发明的目的是提出一种改进的断路器，用于电涌保护器的后备短路保护，在结构上，对现有断路器进行改进，解决电涌保护器在使用现有断路器为后备保护装置所带来的问题，使得断路器在较低的动作(脱扣)电流下得到具有高的电涌耐受能力，能够满足电涌保护器对后备过电流保护的要求。
根据本发明，所述的电涌后备保护断路器包括上下接线装置、包括静触头、动触头、触头支持、锁扣、心轴、跳扣、传动连杆以及杠杆组成的触头连动装置、包括手柄和心轴组成的操作机构、包括顶杆、线圈、动铁芯与磁轭构成的瞬时动作电流脱扣装置、灭弧室和平板式火花间隙。
为了提高瞬时动作电流脱扣装置线圈的电涌承受能力和降低其残压，在线圈两端并接一个平板式火花间隙，用于电涌能量的泄放，减弱通过线圈上的电涌电流。
所述的平板式火花间隙由主放电间隙和触发间隙构成，主放电间隙用于大部分电涌能量的泄放，触发间隙用来触发主间隙放电。
所述的主放电间隙由两电极构成，其中，第一电极是利用磁轭部件，为平板式电极，放电面为其外平面，该磁轭在电气上与线圈的一端相连；第二电极由下接线装置的连接板的延伸部分构成，延伸方向与第一电极相对的，且平行，第二电极在电气上与线圈的另一端相连。如此设置可实现较小的结构尺寸，并降低制造成本。
有利于主放电间隙放电电弧的拉长，并向灭弧室运动，降低主放电间被电弧烧蚀程度，在所述的第二电极的末端设置导弧结构，导弧结构可设计为具有一定倾斜度的面。
根据本发明的优选方案，倾斜面设置为倒角面，倒角面与水平方向呈一定角度，倾斜面也设置为倒圆面。所述的第二电极的末端还可进一步拆弯延伸，拆弯角为20-160度。。
所述的触发间隙为平板式结构，包括上电极、下电极、上绝缘层、下绝缘层、第一内电极、第二内电极、中间绝缘层和表面放电微间隙。
在纵向方向，所述触发间隙如此设置，第一内电极位于中间绝缘层与上绝缘层之间，上电极位于上绝缘层另一面上，同样，第二内电极位于中间绝缘层与下绝缘层之间，下电极位于下绝缘层另一面上。
所述的表面放电微间隙位于触发间隙一侧面，由第一内电极、中间绝缘层和第二内电极构成。在电气上，上电极与第一内电极相连；下电极与第二内电极相连。
在横向方向上，所述的触发间隙的上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层四侧面平齐，上电极、下电极、第一内电极和第二内电极在表面放电微间隙一侧与上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层平齐，在其余三个侧面上，上电极、下电极、第一内电极和第二内电极均小于上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层边缘0.5-2.5mm，以增加三侧面的绝缘强度，确保触发间隙的放电仅发生在表面放电微间隙中。
所述的触发间隙总厚控制在0.6-0.8mm之间，其中，上电极、下电极、第一内电极和第二内电极采用35μm或75μm厚的导电性优异的金属材料制成，如银箔、铜箔或铝箔，中间绝缘层采用耐高温的绝缘薄膜，如环氧树脂薄膜或有机聚合物薄膜，层厚45-65μm，上绝缘层和下绝缘层厚0.15-0.25mm。
所述的触发间隙的上电极、上绝缘层、第一内电极、中间绝缘层、第二内电极、下绝缘层和下电极之间采用压接或粘接技术实现结合。
所述的触发间隙位于主放电间隙内，其中触发间隙的上电极与主放电间隙的第一电极相接触，触发间隙的下电极与主放电间隙的第二电极相接触，触发间隙的表面放电微间隙位于主放电间隙的第二电极的末端一侧，进一步，为了固定触发间隙，在触发间隙中央开一个通孔，同时与其对应的主放电间隙的第一、二电极也开一个通孔，采用绝缘材料制成的铆钉贯穿三个通孔将触发间隙与主放电间隙的第一、二电极铆接固定。
本发明实现的断路器与电涌保护器串联使用时，当电涌保护器出现短路故障时，并联在线圈两端上的平板式火花间隙的触发间隙不能触发其主放电间隙，短路电流只能通过瞬时动作电流脱扣装置的线圈，瞬时动作电流脱扣装置在短路电流作用下，推动锁扣运动，在储能弹簧的反作用力下使触头连动装置的动触头与静触头分离，将故障的电涌保护器与系统隔离开。另一方面，在电涌出现时，最初流入电涌后备保护断路器的电涌电流是经过瞬时动作电流脱扣装置的线圈，高频电涌电流在线圈两端立即产生较高的感应电压，当感应电压达到平板式火花间隙的触发间隙的放电电压时，触发间隙击穿放电，进一步导致平板式火花间隙的主放电间隙击穿放电，此后，大部分电涌能量将由平板式火花间隙泄放，从而确保瞬时动作电流脱扣装置不因电涌而动作，也保护了线圈不因电涌而受到损坏。在第二电极末端，通过设置导弧结构有利于主放电间隙放电电弧拉长，并向灭弧室运动，降低主放电间隙的电弧烧蚀程度。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为现有技术断路器去盖后透视图；
图2为本发明电涌后备保护断路器去盖后透视图；
图3为本发明实施例中平板式火花间隙与瞬时动作电流脱扣装置透视图；
图4为本发明实施例中主放电间隙的第二电极第一实施例透视图；
图5为本发明实施例中主放电间隙的第二电极第二实施例透视图；
图6为本发明实施例中主放电间隙的第二电极第三实施例透视图；
图7为本发明实施例中触发间隙爆炸视图；
图8为本发明实施例中触发间隙透视图；
图9为电涌作用于本发明实施例的情况。
具体实施方式
图2显示了根据本发明的电涌后备保护断路器的一个实施例，其包括上下接线装置(1、6)、包括静触头(21)、动触头(22)、触头支持(23)、锁扣(24)、心轴(25)、跳扣(26)、传动连杆(27)以及杠杆(28)组成的触头连动装置(2)、包括手柄(31)和心轴(32)组成的操作机构(3)、包括顶杆(41)、线圈(42)、动铁芯(43)与磁轭(44)构成的瞬时动作电流脱扣装置(4)、灭弧室(7)和平板式火花间隙(5)。
为了提高瞬时动作电流脱扣装置(4)的线圈(42)的电涌承受能力和降低其残压，在线圈(42)两端并接一个平板式火花间隙(5)，用于减弱通过线圈上的电涌能量。
按照图3，平板式火花间隙(5)由主放电间隙(52)和触发间隙(51)构成。主放电间隙(52)用于大部分电涌能量的泄放；触发间隙(51)用来触发主放电间隙(52)放电，用于改善主放电间隙(52)的放电性能。
主放电间隙(52)由第一电极(521)和第二电极(522)构成。为了实现较小的结构尺寸和降低制造成本，第一电极(521)是利用磁轭(44)部件，为平板式电极，放电面为其外平面，在电气上磁轭(44)与线圈(42)的一端相连；第二电极(522)由下接线装置(6)的连接板(61)的延伸部分构成，延伸方向与第一电极(521)平行，第二电极(522)在电气上与线圈(42)的另一端相连。
通过设置导弧结构有利于主放电间隙(52)放电电弧的拉长，并向灭弧室(7)运动，降低主放电间隙(52)被电弧烧蚀程度，第二电极(522)的末端如此设计，按照图4、5，第二电极(522)的末端具有一定的倾斜面，倾斜面可以设计为倒角面(5222a)，也可设计为倒圆面(5222b)。按照图6，第二电极(522)的末端还可进一步拆弯(5222c)延伸，拆弯角为20-160度。
触发间隙(51)为平板式结构。按照图7、8，触发间隙(51)包括上电极(511)、上绝缘层(512)、第一内电极(513)、中间绝缘层(514)、第二内电极(515)、下绝缘层(516)、下电极(517)和表面放电微间隙(519)。
在纵向a方向，触发间隙(51)如此设置，第一内电极(513)位于中间绝缘层(514)与上绝缘层(512)之间，上电极位(511)于上绝缘层(512)另一面上，同样，第二内电极(515)位于中间绝缘层(514)与下绝缘层(516)之间，下电极(517)位于下绝缘层(516)另一面上。
表面放电微间隙(519)位于触发间隙(51)一侧面，由第一内电极(513)、中间绝缘层(514)和第二内电极(515)构成。在电气上，上电极(511)与第一内电极(513)相连；下电极(517)与第二内电极(515)相连。
在横向b方向上，触发间隙(51)如此设置，上绝缘层(512)、中间绝缘层(514)和下绝缘层(516)四侧面平齐，上电极(511)、下电极(517)、第一内电极(513)和第二内电极(515)在表面放电微间隙(519)一侧与上绝缘层(512)、中间绝缘层(514)和下绝缘层(516)平齐，在其余三个侧面上，上电极(511)、下电极(517)、第一内电极(513)和第二内电极(515)均小于上绝缘层(512)、中间绝缘层(514)和下绝缘层(51)边缘0.5-2.5mm，以增加三侧面的绝缘强度，确保触发间隙(51)的放电仅发生在表面放电微间隙(519)中。
触发间隙(51)纵向a总厚控制在0.6-0.8mm之间，其中，上电极(511)、下电极(517)、第一内电极(513)和第二内电极(515)采用35μm或75μm厚的导电性优异的金属材料，如银箔、铜箔或铝箔，中间绝缘层(514)采用耐高温的绝缘薄膜，如环氧树脂薄膜或有聚合物薄膜，层厚45-65μm，上绝缘层(512)和下绝缘层(516)厚0.15-0.25mm。
触发间隙(51)的上电极(511)、上绝缘层(512)、第一内电极(513)、中间绝缘层(514)、第二内电极(515)、下绝缘层(516)、下电极(517)之间采用压接或粘接技术实现结合。
触发间隙(51)位于主放电间隙(52)内，其中触发间隙(51)的上电极(511)与主放电间隙(52)的第一电极(521)相接触，触发间隙(51)的下电极(517)与主放电间隙(52)的第二电极(522)相接触，触发间隙(51)的表面放电微间隙(519)位于主放电间隙(52)的第二电极(522)的末端一侧。进一步，为了固定触发间隙(51)，在触发间隙(51)中央开一个通孔(518)，同时与其对应的主放电间隙(52)的第一电极(521)、第二电极(522)也开一个通孔(5221)，采用绝缘材料制成的铆钉(53)贯穿三个通孔将触发间隙(51)与主放电间隙(52)的第一电极(521)、第二电极(522)铆接固定。
参考图9，断路器与电涌保护器串联使用时，当电涌保护器出现短路故障时，并联在线圈(42)两端上的平板式火花间隙(5)的触发间隙(51)不能触发其主放电间隙(52)，短路电流只能通过瞬时动作电流脱扣装置(4)的线圈(42)，瞬时动作电流脱扣装置(4)在短路电流作用下，推动锁扣(24)运动，在储能弹簧的反作用力下使触头连动装置(2)的动触头(22)与静触头(21)分离，将故障的电涌保护器与系统隔离开。另一方面，在电涌出现时，最初流入电涌后备保护断路器的电涌电流是经过瞬时动作电流脱扣装置(4)的线圈(42)，高频电涌电流在线圈两端立即产生较高的感应电压，当感应电压达到平板式火花间隙(5)的触发间隙(51)的放电电压时，触发间隙击穿放电，进一步导致平板式火花间隙(5)的主放电间隙(52)击穿放电，此后，大部分电涌能量将由平板式火花间隙(5)泄放，从而确保瞬时动作电流脱扣装置(4)不因电涌而动作，也保护了线圈(42)不因电涌而受到损坏。在第二电极(522)末端，通过设置导弧结构有利于主放电间隙(52)放电时电弧拉长，并向灭弧室(7)运动，降低主放电间隙(52)的电弧烧蚀程度。
采用本发明技术的电涌后备断路器可解决电涌保护器在使用现有断路器为后备保护装置所带来的问题，实现小动作(脱扣)电流、高电涌承受能力和低残压。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (8)
1.一种用于电涌保护器后备保护的断路器，包括上下接线装置(1、6)、由静触头(21)、动触头(22)、触头支持(23)、锁扣(24)、心轴(25)、跳扣(26)、传动连杆(27)以及杠杆(28)组成的触头连动装置(2)、由手柄(31)和心轴(32)组成的操作机构(3)、由顶杆(41)、线圈(42)、动铁芯(43)与磁轭(44)构成的瞬时动作电流脱扣装置(4)和灭弧室(7)，其特征在于，所述的线圈(42)的两端并接一平板式火花间隙(5)；
所述的平板式火花间隙(5)由主放电间隙(52)和触发间隙(51)构成；
所述的主放电间隙(52)由第一电极(521)和第二电极(522)构成；所述的第一电极(521)为平板式电极，利用所述的磁轭(44)部件，放电面为其外平面，所述的磁轭(44)在电气上与所述线圈(42)的一端相连；所述的第二电极(522)由所述的下接线装置(6)的连接板(61)的延伸部分构成，延伸方向与所述的第一电极(521)平行，所述的第二电极(522)在电气上与所述的线圈(42)的另一端相连。
2.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述的第二电极的末端具有一定的倾斜面，倾斜面设计为倒角面，倒角面与水平方向呈20-60度，也可设计为倒圆面，进一步，所述的第二电极的末端还可拆弯延伸，拆弯角为20-160度。
3.如权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述的触发间隙(51)为平板式结构，包括上电极(511)、上绝缘层(512)、第一内电极(513)、中间绝缘层(514)、第二内电极(515)、下绝缘层(516)、下电极(517)和表面放电微间隙(519)。
4.如权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述的表面放电微间隙(519)位于所述的触发间隙(51)一侧面，由所述的第一内电极(513)、中间绝缘层(514)和第二内电极(515)构成，在电气上，所述的上电极(511)与第一内电极(513)相连；所述的下电极(517)与第二内电极(515)相连。
5.如权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述的触发间隙(51)在纵向方向上如此设置，所述的上绝缘层(512)、中间绝缘层(514)和下绝缘层(516)四侧面平齐，所述的上电极(511)、下电极(517)、第一内电极(513)和第二内电极(515)在所述的表面放电微间隙(519)一侧与所述的上绝缘层(512)、中间绝缘层(514)和下绝缘层(516)平齐，在其余三个侧面上，所述的上电极(511)、下电极(517)、第一内电极(513)和第二内电极(515)均小于所述的上绝缘层(512)、中间绝缘层(514)和下绝缘层(516)边缘0.5-2.5mm。
6.如权利要求5所述的断路器，其特征在于，所述的触发间隙(51)总厚控制在0.6-0.8mm之间，其中，所述的上电极(511)、下电极(517)、第一内电极(513)和第二内电极(515)采用35μm或75μm厚的导电性优异的金属材料，所述的中间绝缘层(514)采用耐高温的绝缘薄膜-，层厚45-65μm，所述的上绝缘层(512)和下绝缘层(516)厚0.15-0.25mm。
7.如权利要求5所述的断路器，其特征在于，所述的上电极(511)、上绝缘层(512)、第一内电极(513)、中间绝缘层(514)、第二内电极(515)、下绝缘层(516)、下电极(517)之间采用压接或粘接技术实现结合。
8.如权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述的触发间隙(51)位于所述的主放电间隙(52)内，其中所述的触发间隙(51)的上电极(511)与所述的主放电间隙(52)的第一电极(521)相接触，所述的触发间隙(51)的下电极(517)与所述的主放电间隙(52)的第二电极(522)相接触，所述的触发间隙(51)的表面放电微间隙(519)位于所述的主放电间隙(52)的第二电极(522)的末端一侧，进一步，在所述的触发间隙(51)中央开一个通孔(518)，同时与其对应的所述的主放电间隙(52)的第一电极(521)、第二电极(522)也开一个通孔(5221)，采用绝缘材料制成的铆钉(53)贯穿三个通孔将所述的触发间隙(51)与所述的主放电间隙(52)的第一电极(521)、第二电极(522)铆接固定。
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| Publication number | Publication date |
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| CN102568966A (zh) | 2012-07-11 |
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